目前，氫氣主要來源有兩個：化石能源重整和水電解。其中，化石能源重整制氫是最主要的來源，占比約97%；電解水制氫立足于未來碳中性甚至負碳，被各界寄予厚望，但核心在于電力來源。按照當前全球和中國電力的平均碳強度計算，電解水制得1千克氫氣的碳排放分別為25.2千克和35.84千克，甚至高于煤制氫（約20千克）的碳排放。

風電制氫潛力

可再生能源發(fā)電制氫是解決這一問題的最佳手段，但其在全球整個能源消費結(jié)構(gòu)占比還非常小，技術仍需進一步突破。以風電為例，全球風能約為2740TW，其中可利用規(guī)模至少為20TW，但風電在能源消費中占比不足2%。在現(xiàn)有風電技術條件下，我國風能資源足夠支撐1太瓦以上風電裝機，僅按照陸上年利用2100小時計算，理論上發(fā)電可提供近4000萬噸氫氣和2000萬噸氧氣。尤其考慮到風電間歇性特點以及電網(wǎng)消納問題，通過制氫可實現(xiàn)電力大規(guī)模跨季節(jié)調(diào)節(jié)成為可能，大幅提升電網(wǎng)靈活性水平。


風電制氫前沿

德國，美國等多個國家較早開始探索可再生能源制氫并轉(zhuǎn)化為氣體燃料（Power to Gas）技術。目前，僅歐洲在營和在建P2G項目已達45個。該技術主流的路線有三種：第一種方法是將所產(chǎn)生的氫氣直接輸入天然氣管網(wǎng)作為交通運輸燃料或工業(yè)利用；第二種方法是將氫和二氧化碳相結(jié)合轉(zhuǎn)化為天然氣（若采用生物甲烷化，會造成8%額外能量損失）后再輸入天然氣管網(wǎng)；第三種方法是電解裝置與沼氣發(fā)生裝置結(jié)合獲得高品質(zhì)的生物氣，但需排除二氧化碳、水、硫化氫和顆粒物等雜質(zhì)方能用于管道輸送。

為什么是管道？一方面，在改用天然氣之前，德國的天然氣管網(wǎng)使用煤氣運行的，其中氫占比50-60％；另一方面，通過天然氣管網(wǎng)的能源輸送損失小于0.1%，遠比電網(wǎng)8%?。ó斎粐鴥?nèi)特高壓可以做到5%，未來泛在電力物聯(lián)實現(xiàn)后也許更低），氫氣的每千瓦時存儲成本僅為0.1歐元。

綜合效率如何？通過使用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，電力-氫氣往返綜合路徑效率能夠達到約43％的最大效率（當下僅30%-35%）。通過熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，綜合效率可以高于60％；通過使用可逆固體氧化物燃料電池并在儲存過程中回收廢熱，可以使綜合效率達到70％-80%。

國內(nèi)風電制氫現(xiàn)狀

2018年10月，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《清潔能源消納計劃（2018-2020年）》。文件提出“探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用”。按照當前國內(nèi)各省份的風電發(fā)電量并結(jié)合棄風和消納情況，可直接制取55萬噸氫氣。


自2009年開始，國家電網(wǎng)已經(jīng)率先開展風光電結(jié)合海水制氫技術前期研究和氫儲能關鍵技術及其在新能源接入中的應用研究。2014年至今，中節(jié)能、河北建投、國家電投和國家能源相繼啟動了風電制氫項目，但受制于國內(nèi)制氫場地需建設在化工園區(qū)以及發(fā)電過網(wǎng)等因素，風電制氫僅停留在示范階段（規(guī)模最大為10MW），審批政策以及經(jīng)濟性均面臨較大挑戰(zhàn)。